垫圈内径检测装置设计说明书

1 机械原理课程设计说明书 题目： 垫圈内径检测装置 指导老师： 组员： 学院：机械工程学院 2 2010 年 7 月 目录 一、 设计题目及其要求 . .3 二、 题目分析 . .3 三、 运动方案简介 . 4 3.1 垫圈检测装置功能原理方案 .5 3.2 拟定机构的运动形式和运动循环图 6 3.3 执行机构选型 .8 四、 总体立体结构图 . 15 五、 机械传动系统方案的拟定 . 16 六、 5.1、推料机构设计 . 16 5.2 压杆运动机构设计 . 18 5.3 止动销运动机构设计 . . 23 六、总机械运动方案评价 .26 七、设计小结 .26 八、个人小结 .26 九、参考书目 .27 一、 设计题目及其要求 3 设计 垫圈内径检测装置 ，检测钢制垫圈内径是否在公差允许范围内。被检测的工件由推料机构送入后沿一条倾斜的进给滑道连续进给，直到最前边的工件被止动机构控制的止动销挡住而停止。然后，升降机构使装有微动开关的压杆探头下落，检测探头进入工件的内孔。此时，止动销离开进给滑道，以便让工件浮动。 检测的工作过程如图所示。当所测工件的内径尺寸符合公 差要求时（图 a），微动开关的触头进入压杆的环形槽，微动开关断开，发出信号给控制系统（图中未给出），在压杆离开工件后，把工件送入合格品槽。如工件内径尺寸小于合格的最小直径时（图 b），压杆的探头进入内孔深度不够，微动开关闭合，发出信号给控制系统，使工件进入废品槽。如工件内径尺寸大于允许的最大直径时（图 c），微动开关仍闭合，控制系统将工件送入另一废品槽。 321a ) b ) c ) 1 工件 2 带探头的压杆 3 微动开关 a)内径尺寸合格 b)内径尺寸太小 c)内径尺寸太大 二、 题目分析 垫圈内径检测装置，主要 的运动过程为：传动机构间歇的将工件送到检测的位置。在传送的过程中将被止动销挡住刚好到所需检测的内径圆孔到压杆将要下来的地方，然后压杆下来检测内径是否符合要求。在压杆下来检测的时间里，微动开关向右移动检测垫圈内径是否 4 符合要求。微动开关检测完后向左移动，回到其原来所在的。接下来，压杆和止动销一起上升回到其原来的地方。传动机构将已检测的工件送走，并将下一个将被检测的工件送到检测处。 三、 运动方案简介 垫圈内径检测装置，用以下 3 个机构结合搭配组成： 传动机构设计，压杆运动机构设计，止动销运动机构设计 。 题目所给的设 计数据： 平垫圈内径检测装置设计数据： 方案号 被测钢制平垫圈尺寸 电动机转速 r/min 每次检测时间 s 公称尺寸 mm 内径 mm 外径 mm 厚度 mm A 10 10.5 20 2 1440 5 B 12 13 24 2.5 1440 6 C 20 21 37 3 1440 8 D 30 31 56 4 960 8 E 36 37 66 5 960 10 经小组三人讨论，结合我们设计的理念与思路 (挑战高难度、高精密性 )，为使机构的使用性能符合要求，适合本设计，我们采用方案 A. A 10 10.5 20 2 1440 5 周期 T=5s，角速度 =2 /T=1.257 rad/s. 3.1 垫圈检测装置功能原理方案的确定 5 序号 方案原理图 评价 1 用杆件机构来作为传动构件，以实现检测。 优点：机器的结构比较简单，操作方便 缺点：摩擦损耗太大，检测的精确程度会使用时间的增加而减小，且不能实现大批量化的检测。 2 用凸轮和步进送料机构作为压杆传动和推料机构的传动件。 优点：能很好的完成检测的相关要求，且能实现批量化的检测，精度也比 较高。 缺点：机构比较复杂，特别是凸轮，而且同样也存在摩擦。 6 3 利用杠杆放大原理来作为压杆传动机构的传动件。 优点：效率比较高，能实现检测要求，结构比方案 2 要稍微简单些。 缺点：没有解决止推销的问题。 4 结合以上三个方案，我们定出最终方案如左图所示。推料机构、止推销传动机构、压杆探头传动机构都采用了比较好的方案，能保证垫圈内径检测仪有条不紊的完成批量化检测的要求，而且检测的精确性和耐用性也得到了保障。缺点是，制造起来比较复杂。 考虑到检测的准确性，检测机 构的耐用性，以及批量化检测等要求，我们采用了方案 4 作为最终方案。 3.2 拟定机构的运动形式和运动循环图 本垫圈内径检测装置中采用了三个执行构件：推料机构、控制止推销的止动机构，压杆升降机构。推料机构采用的是带轮传动，以实现检测的批量化进行，提高效益；压杆升降机构的传动机构采用的是 7 凸轮，经过计算可精确计算出近休止和远休止的角度以及相应半径；控制止推销的止动机构采用的外槽轮结合齿轮，这样能很好的实现止推销的间歇运动以及和送料机构和压杆升降机构的配合，以保证检测能有条不紊、高效快速、精度较高的进行。 在一个周期（ 5s）内，为满足要求，各个机构的运动情况： 即在一个周期 5s 内，近休止占用时间为 2s，近休止的前 1s 用于推杆推出检测完成后的垫圈去相应的槽内（合格槽、废品槽、返工槽），后 1s 用于稳定带轮运来的待测垫圈；推程、远休止及回程用于垫圈的检测。 8 3.3 执行机构选型 三个执行机构按照其使用要求我们也各提出了一些方案，下面按照相应的工艺进行执行机构选型。 表 3.3.1 推料机构选型 序号 运动方案及评价 1 2 9 3 表 3.3.2 止推销传动机构选型 序号 运动方案及评价 1 10 2 3 11 表 3.3.3 压杆升降机构（检测台机构）选型 序号 运动方案及评价 1 2 12 3 3.4 机械运动方案的选择 以上三个机构各有三种方案，本可以组织成为 27 种机械运动方案。从这 27 种方案中本着符合设计条件，各机构之间的相容性以及机构尽可能简单的原则，择优选用推料机构方案 2、止推销传动机构方案 1、压杆升降机构方案 2 组成垫圈内径检测装置的机械运动方案，如表 3.4 所示。 13 表 3.4 垫圈内径检测装置运动方案 推料机构 止推销传动机构 压杆升降机构 14 四、 立体结构图 垫圈内径检测装置轴测图 五、 机械传动系统方案的拟定 15 5.1、推料机构设计 推料机构是整个装置中负责将待检测的工件传送到检测位置的机构。它需要在运动规律上和控制止动销的止动机构和压杆升降机构相互配合才能完成此装置的工作要求。 为了使工作周期易于控制，我们决定由皮带轮传动来达到运送工件的目的，且其可以循环往复无间断的来进给垫圈。机构由齿轮来传动，因为其 功率范围大、传动效率高的特点正好符合我们的需要。 从所给的设计数据中我们得知：原动件的转动周期为 1/24s，而检测周期为 5s，因此推料机构的齿轮系的传动比需为 120： 1，这要由多级齿轮传动来实现。 如上图为推料机构的齿轮系轴测图。 垫圈内径检测装置 推料机构 止推销传动机构 压杆升降机构 16 下为推料机构齿轮系简图 其中： z1=z2=z3=18 z2=54 z3=72 z4=90 z4=34 z5=68 传动比 i15=z2z3z4 z5/z1z2z3 z4=54*72*90*68/18*18*18*34=120/1 5.2、压杆升 降机构设计 17 压杆升降机构轴测图 压杆升降（检测台）机构运动方案示意图 18 控制压感探头的凸轮设计： 采用 5次多项式运动规律的凸轮 ,以防止产生刚性冲击和柔性冲击。 以下是推杆回程的计算过程： 周期 ： T=5s； 基圆半径 =50mm； 推程： 44.4mm 推程运动角： 0=4 /15； 回程运动角： 0=4 /15； 远修止角 = 2/3； 近修止角 = 4/5； 计算公式： s=C0+ C1 2+ C3 3+ C4 4+ C5 5； v= C1w+2 C2w+3 C3w 2+4 C4w 3+5 C5w 4； a=2 C2w2+6 C3 w2 +12 C4 w2 2+20 C5 w2 3； 在始点处： =0， s=0,v=0,a=0； 在终点处 ： = 0 ,s=h,v=0,a=0； 分别代入方程得到： C0=C1=C2=0 C3= 10h/ 03 C4= -15h/ 04 C5=6h/ 05 位移： s=10h 3/ 30-15h 4/ 40+6h 5/ 50 ； 速度 ： v=12 h 2/ 30-24 h 3/ 40+12 h 4/ 50； 加速度 ： a=48 2h /5 30-144 2h 2/5 40+96 2h 3/5 50； 19 SolidWorks 设计的凸轮： 凸轮解析法输入坐标值效果图（下图） 20 利用解析法找出凸轮轮廓曲线上一些点的坐标值，再在“曲线 /输入样条曲线”中输入相应的坐标值。（注意， Z轴坐标值为 0） 凸轮通过杠杆的放大，将本需要的 202mm 的行程转化为 44.4mm的行程，同时也保证了检测台也能保持了凸轮的运动特性。通过运动算例分析可得检测台的运动曲线图。 检测台 S t 曲线分析图 21 检测台 Y 方向线性速度 时间曲线图 检测台 Y 方向加速度 时间曲线图 22 5.3、止推销运动机构设计 止推销运动机构轴测图 如上图所示，发动机带动齿轮传动，再借助带轮传动外槽轮，外槽轮再经由齿轮传动止推销，最终实现止推销的间歇运动。 止推销传动比计算如下： 23 如上图： z1=z2=z3=18 z2=54 z3=72 z4=90 z5=36 z6=18 带轮主被动传动比是 1:2，外槽轮主被动传动比是 1:4 传动比 i16=(z2z3z4 z6/z1z2z3 z5)*2/1*4/1=240/1 止动销机构，由外槽轮控制其运动规律。外槽轮的间歇运动特性很好的实现了止推销的间歇运动特性，在外槽轮主动件槽轮杆的带动下，被动槽轮进行间歇运动，再在传动齿轮的作用下，将其运动特性传递给了止推销。经 SOLIDWORKS 运动算例分析可得出外槽轮的角位移 时间曲线图。 外槽轮角位移 时间曲线图 24 止推销 Y 方向线位移 时间曲线图 止推销 z 方向线位移 时间曲线图 25 止推销角速度 时间曲线图 六、总机械运动方案评价 经小组的一起努力，机械运动方案最终敲定，并建模、装配、试运行 。过程中不免有疑惑、坎坷，综合评价该检测装置，该装置止动销、压杆、推料机构精确地配合运动，符合每 5秒检测一个垫圈的技术要求，检测的探头对工件的冲击较小，总的来说该设计符合技术要求。可能我们想的还不够仔细，或许会有更好的方案，希望老师能斧正。 七、设计小结 这次的课程设计完成了，经过了十几天的分析、计算和绘制，经过了团队合作和各自的思考，经过了无从下手和有所领悟，课程设计总算完成了。这是分工协作的的成果：底振坤负责传动机构的配合，王嘉逸负责零件的建模，游影星负责说明书的制作。然而我们并不是等到各个部分的设计完 成之后再将其合并汇总，交流和讨论贯穿了设 26 计的整个过程。在这次课程设计中找到的问题和经验，成为了我们走向外门世界的路上的鹅卵石，使原本崎岖不平的道路变得饶有兴致。在未来的学习当中，我们仍需要保持住现在这份热情，将困难熔进身体，使之成为自己与外界抗衡的资本。 八、 个人小结 经过这么多天的努力，我们机械原理课程设计的垫圈内径检测装置终于完成了。今天 12号，确切的说应该是 13号凌晨 2点半，我们还在准备 PPT，完善说明书。 可以说，一路走来，我们风雨兼程，期间我们遇到过难题，有过分歧，可最终我们坚持了下来，取得了成功！ 体会有很多，向老师做以下汇报 1.我感受到了团队合作的重要性。白天金工实习，晚上课程设计，原本应该呆在家里避暑的我们机械生却呆在教学楼里面埋头做设计（还好有空调呵呵，谢谢老师的体谅！），如此浩瀚的工作量在短时间内由一个人完成几乎是不可能的。在合理的分工后，我们又有很多协作，遇到问题大家一起商量，当想出一个好方案后那种喜悦的心情我们一起分享！ 2.促进学习的一个好方法。其实我们已经学过了机械原理，可是由于学的都是理论知识，没有实践，所以缺